Uma introdução à Manufatura Aditiva

Nessan Cleary oferece uma breve introdução à impressão 3D, bem como detalha os diversos tipos de impressoras 3D disponíveis atualmente.

O termo “impressão 3D” é um pouco enganador, pois não há muito em termos de impressão, pelo menos não da maneira que qualquer pessoa do mundo da impressão gráfica entenderia. Dito isso, muitos profissionais de grande formato estão acostumados a trabalhar com arquivos CAD para produzir embalagens, expositores e outros objetos tridimensionais, portanto a impressão 3D não deve ser um grande desafio.

O conceito básico é pegar o design de um objeto e cortá-lo em camadas usando um software de fatiamento. A impressora 3D então cria o objeto, colocando uma camada de cada vez, adicionando cada camada sobre a anterior até que o objeto esteja completo. Pode ser um processo bastante lento, dependendo do tamanho de cada objeto, embora muitas impressoras 3D possam ser configuradas para imprimir vários objetos lado a lado dentro da câmara de construção da impressora.

Hoje em dia a impressão 3D é amplamente utilizada para produzir protótipos, gabaritos, moldes e peças finais, e está se tornando cada vez mais um processo de fabricação aceitável. Por esta razão a impressão 3D também é conhecida como manufatura aditiva. Existem muitas tecnologias de impressão 3D diferentes – muitas para listá-las todas aqui – então, nesta história, examinaremos alguns dos principais tipos e os materiais com os quais elas podem trabalhar. Esteja avisado, há muitos TLAs – siglas de três letras – para passar!

Legenda: A MakerBot introduziu vários materiais especiais para sua impressora 3D Method FFF.

Talvez o método mais comum seja o Fused Filament Fabrication, ou FFF, também conhecido como Fused Deposition Modelling, ou FDM. Este utiliza um carretel de filamento termoplástico como matéria-prima. O filamento é alimentado através de uma extrusora aquecida, que o derrete para formar uma camada. As camadas se unem à medida que o material esfria para formar o objeto. Existem muitas impressoras FFF/FDM de tamanho desktop, em sua maioria bastante capazes, apesar de seus preços relativamente baratos. A resolução depende de quão fino é o bico da extrusora, com uma compensação entre alta resolução e velocidades de impressão mais rápidas.

Há uma boa escolha de materiais, desde plásticos rígidos como ABS até opções flexíveis como TPU, bem como materiais mais exóticos atados com náilon ou fibra de carbono para maior resistência.

Legenda: Formlab desenvolveu essas impressoras 3D de estereolitografia de mesa Form 3 e Form 3L.

O próximo passo é a estereolitografia, ou SLA, que usa materiais à base de resina fotopolímérica. O processo começa enchendo uma cuba com o líquido fotopolímero. Um feixe de luz ultravioleta traça então o padrão da primeira camada na superfície deste líquido, causando uma reação química que solidifica o líquido onde a luz o tocou. A plataforma de construção é abaixada, mais resina é adicionada e uma segunda camada é traçada em cima da primeira, e assim por diante. Em alguns casos, utiliza-se uma cuba com fundo transparente e a luz incide pela parte inferior, criando o objeto do fundo do tanque para cima.

Essas impressoras também são, em sua maioria, máquinas de mesa e geralmente mais caras que as impressoras FFF/FDM, mas há uma gama mais especializada de materiais, para usos como prototipagem ou produção de moldes para moldagem, bem como resinas biocompatíveis para uso odontológico e médico. Eles geralmente fornecem um acabamento liso com detalhes finos, mas carecem de alta resistência.

O Processamento Digital de Luz ou DLP é uma variação da impressão SLA, mas em vez de um laser ele usa um projetor de luz digital para iluminar uma imagem de uma camada completa, o que é muito mais rápido do que traçar essa camada com um laser.

Uma das formas mais antigas de impressão 3D é a Sinterização Seletiva a Laser, ou SLS. É adequado para todos os tipos de materiais, desde plástico a metal, passando por cerâmica e vidro, que começam na forma de pó. O pó é espalhado em uma câmara de construção e o laser escreve um padrão no pó, com o laser fundindo apenas as partículas que aquece para formar a primeira camada. O leito da câmara é então abaixado e mais pó é espalhado, e o processo é repetido com cada camada fundida até a última até que o objeto seja finalizado.

Este processo permite objetos incrivelmente complexos, como radiadores de turbina que requerem muitas aletas internas. No entanto, as máquinas SLS tendem a ser caras porque requerem um bom controle de temperatura e, claro, um laser de alta potência, portanto são limitadas principalmente ao uso comercial.

Semelhante ao SLS é a fusão seletiva a laser ou SLM, também conhecida como fusão direta a laser de metal. Há uma boa escolha de ligas metálicas, incluindo vários tipos de ligas de alumínio e aço. Este método também usa um laser de alta potência para produzir objetos metálicos, mas derrete completamente o pó metálico, em vez de apenas sinterizar as partículas do pó, o que significa que as peças são mais densas. A câmara de construção é geralmente preenchida com um gás inerte, como o argônio, para limitar o potencial de incêndio ou explosão, mas que também requer um manuseio cuidadoso e só é adequado para uso comercial.

Electron Beam Melting ou EBM funciona de maneira semelhante. Neste caso, o laser produz feixes de elétrons e funde o pó metálico, e requer vácuo em vez de um gás inerte. Envolve altas temperaturas, até 1000ºC, mas pode produzir objetos muito fortes e densos e é particularmente adequado para ligas de titânio.

Legenda: A impressora 3D HP Jet Fusion 5200, que usa jato de encadernação, vista aqui com uma estação de processamento separada.

Binder Jetting usa um cabeçote de impressão a jato de tinta para jato de um adesivo e literalmente colar os pós. O material em pó é espalhado na cama, e o padrão da primeira camada é escrito no pó por jato de adesivo para unir os pós. A cama cai e mais pó é espalhado, e o processo é repetido camada por camada até que o objeto seja concluído. Geralmente há uma etapa de acabamento separada, onde o objeto é disparado para derreter o aglutinante restante e garantir que todas as camadas estejam totalmente fundidas em um único objeto.

O processo pode ser adaptado para uso com plásticos, metais e materiais cerâmicos. A grande vantagem de usar cabeçotes de impressão a jato de tinta é que é relativamente barato ampliar o processo, por exemplo, adicionando mais cabeçotes para maior produtividade.

As cabeças de impressão a jato de tinta também podem ser usadas para outro método, o Material Jetting, que pode depositar o próprio material precisamente no local certo para formar cada camada. Isso também é bom para plásticos, metais e cerâmicas. No entanto, o jateamento de material enfrenta alguns dos mesmos problemas das impressoras gráficas, nomeadamente o risco de partículas maiores obstruírem as cabeças de impressão e a necessidade de se livrar do transportador líquido usado para jatear o material assim que a impressão for concluída.

Concluindo, a escolha de qual tipo de impressora 3D investir se resume em grande parte a encontrar um equilíbrio entre o custo da impressora, em relação aos materiais que você deseja usar, e a qualidade e resistência que você precisa para os objetos acabados.

Fique ligado, pois voltaremos a esse assunto em alguns meses e veremos algumas das aplicações para as quais as impressoras 3D podem ser usadas.

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